Cara Membuat Indikator Kegemukan: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Tujuan utama dari aplikasi ini adalah untuk mengukur berat suatu benda kemudian menunjukkan dengan suara alarm jika terjadi kelebihan berat badan. Input sistem berasal dari load cell. Input adalah sinyal analog yang telah diperkuat oleh penguat diferensial. Sinyal analog diubah menjadi sinyal digital menggunakan ADC. Nilai hasil pembacaan ADC kemudian dibandingkan dengan nilai tertentu yang ditetapkan sehingga mewakili batas beban yang diinginkan. Jika terjadi kelebihan berat badan, maka peringatan menyala dengan frekuensi 1 Hz. Dalam catatan aplikasi ini, kami akan menggunakan pengukur regangan sebagai sensor berat, SLG88104 sebagai penguat diferensial, dan SLG46140V sebagai ADC dan pengkondisi sinyal. Sistem dapat dibuktikan dengan menerapkan beban melebihi batas beban yang diinginkan (60 Kg). Fungsionalitas sistem benar jika pada kondisi tersebut alarm menyala dengan frekuensi 1 Hz. Keuntungan utama mendesain dengan GreenPAK™ adalah produk lebih kecil, biaya lebih rendah, lebih sederhana, dan mudah dikembangkan. GreenPAK memiliki antarmuka GUI sederhana di GreenPAK Designer, memungkinkan para insinyur untuk dengan cepat dan mudah mengimplementasikan desain baru dan menanggapi perubahan persyaratan desain. Jika kita ingin mengembangkannya lebih jauh, solusi ini adalah pilihan yang sangat baik. Menggunakan GreenPAK membuat desain ini sangat sederhana, ringan, dan hanya area kecil yang digunakan untuk mengimplementasikannya pada sebagian besar aplikasi. Karena sumber daya sirkuit internal yang tersedia dalam GreenPAK, desain ini dapat ditingkatkan dengan lebih banyak fitur tanpa harus menambahkan terlalu banyak IC tambahan. Untuk memverifikasi fungsionalitas sistem ini, kita hanya perlu mengimplementasikan rangkaian yang dirancang dengan alat simulasi GreenPAK.

Temukan semua langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana chip GreenPAK telah diprogram untuk mengontrol Indikator Kelebihan Berat Badan. Namun, jika Anda hanya ingin mendapatkan hasil pemrograman, unduh perangkat lunak GreenPAK untuk melihat File Desain GreenPAK yang sudah selesai. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer Anda dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk mengontrol Indikator Kelebihan Berat Badan Anda. Ikuti langkah-langkah yang dijelaskan di bawah ini jika Anda tertarik untuk memahami cara kerja rangkaian.

Langkah 1: Pendekatan Desain

Ide utama dari desain ini adalah untuk memfasilitasi kalibrasi berat pada timbangan digital, seperti yang diilustrasikan pada diagram di bawah ini. Misalkan ada empat keadaan untuk menggambarkan bagaimana sistem ini bekerja. Sistem memiliki Bagian Sensor Berat (A), dan kemudian melakukan konversi data Analog ke Digital. Sensor biasanya menghasilkan nilai analog tingkat sangat rendah dan dapat diproses lebih mudah setelah diubah menjadi sinyal digital. Sinyal yang akan digunakan akan memiliki data digital yang dapat dibaca. Data yang diperoleh dalam bentuk digital dapat diolah kembali menjadi nilai digital yang diinginkan (untuk benda berat atau ringan). Untuk menunjukkan keadaan nilai akhir, kami menggunakan bel, tetapi dapat diubah dengan mudah. Untuk indikator suara, seseorang dapat menggunakan kedipan terkenal (Delay Sound Indicator (B)). Dalam percobaan ini kami menggunakan skala yang ada yang memiliki empat sensor sel beban yang terhubung menggunakan prinsip jembatan Wheatstone. Sedangkan untuk LCD yang sudah pada timbangan digital hanya tinggal validasi nilai yang dihasilkan dengan timbangan yang ada.

Langkah 2: Masukan Umpan Balik

Masukan masukan untuk sistem ini berasal dari tekanan yang diperoleh sensor untuk memberikan sinyal analog berupa tegangan yang sangat rendah namun masih dapat diolah menjadi data timbangan berat badan. Rangkaian paling sederhana dari sensor pemindai digital ini terbuat dari resistor sederhana yang dapat berubah nilai resistansinya sesuai dengan berat/tekanan yang diberikan. Rangkaian sensor dapat dilihat pada Gambar 2.

Sensor yang ditempatkan di setiap sudut timbangan akan memberikan nilai yang akurat untuk total input. Komponen utama resistor sensor dapat dirangkai menjadi jembatan yang dapat digunakan untuk mengukur masing-masing sensor. Rangkaian ini biasa digunakan pada rangkaian digital yang menggunakan empat sumber yang saling bergantung. Kami hanya menggunakan empat sensor yang disematkan pada timbangan untuk eksperimen kami, dan sistem pra-embedded pada skala ini seperti LCD dan pengontrol hanya disimpan untuk memvalidasi desain kami. Rangkaian yang kami gunakan dapat dilihat pada Gambar 3.

Jembatan Wheatstone biasanya digunakan untuk mengkalibrasi instrumen pengukuran. Keuntungan dari jembatan aWheatstone adalah dapat mengukur nilai yang sangat rendah dalam kisaran mili-ohm. Karena itu, timbangan digital dengan sensor resistansi yang cukup rendah bisa sangat andal. Rumus dan rangkaian jembatan Wheatstone dapat kita lihat pada Gambar 4.

Karena tegangan yang sangat kecil maka diperlukan penguat instrumentasi agar tegangan yang dikuatkan cukup untuk dibaca oleh pengontrol. Tegangan umpan balik yang diperoleh dari penguat instrumentasi input diproses menjadi tegangan yang dapat dibaca oleh pengontrol (0 hingga 5 volt dalam desain ini). Kita dapat mengatur penguatan dengan tepat dengan mengatur resistor penguatan di sirkuit SLG88104. Gambar 5 menunjukkan rumus untuk menentukan tegangan keluaran rangkaian SLG88104 yang digunakan.

Dari rumus ini, hubungan gain dijelaskan. Jika nilai gain resistor dinaikkan, maka gain yang diperoleh akan semakin kecil, begitu pula sebaliknya jika nilai gain resistor diturunkan. Respon output akan cukup menonjol meskipun kenaikan atau penurunan nilainya kecil. Timbangan digital dapat menjadi lebih sensitif terhadap input (dengan hanya sedikit bobot, nilainya berubah secara dramatis), atau sebaliknya jika sensitivitas yang ditambahkan berkurang. Hal ini dapat dilihat pada bagian hasil.

Langkah 3: Kontrol Keuntungan

Ini adalah desain yang dapat mengontrol gain lagi setelah melalui proses kalibrasi gain perangkat keras (gain resistor kalibrasi). Dari desain bagian sensor berat (A), ketika data diperoleh dari penguat instrumen, data tersebut dapat diolah kembali sehingga gain dapat lebih mudah diatur. Keuntungannya adalah kita dapat menghindari perubahan resistor gain perangkat keras.

Pada Gambar 5, dengan modul ADC terdapat PGA yang dapat mengatur gain sebelum nilai analog diubah menjadi digital. Kami menyediakan referensi input dari output Vout dari rangkaian SLG88104. Gain PGA akan diatur sedemikian rupa sesuai dengan ukuran yang kita butuhkan. Kami menggunakan gain x0,25 dengan mode ADC ujung tunggal. Dengan x0.25 gain tidak begitu besar sehingga input yang didapat oleh ADC converter dapat mengukur berat cukup besar atau maksimal sesuai dengan yang telah kita coba menggunakan Arduino yaitu 70 Kg. Setelah itu, kita menggunakan data Bandingkan dengan pencacah CNT2 sebagai pembanding ADC, sehingga kita dapat mengetahui perubahannya dengan indikator suara. Caranya adalah komparator yang kita buat dengan cara kalibrasi perubahan nilai CNT2 sehingga ketika berat > 60 kg, maka Output dari DCMP0 adalah “1”. Indikator Suara akan menyala dengan frekuensi yang telah ditentukan menggunakan indikator suara delay blok sehingga blok akan berlogika "1" pada saat waktu 0,5 s. Penundaan kita dapat mengatur data penghitung CNT0 menyesuaikan periode keluaran 500 ms.

Langkah 4: Filter Lulus Rendah

Lebih disukai untuk menyaring sinyal keluaran penguat diferensial. Ini membantu untuk menolak interferensi dan mengurangi kebisingan pita lebar. Filter lolos rendah (LPF) yang diterapkan mengurangi kebisingan yang tidak perlu. Rangkaian filter lolos rendah sederhana ini terdiri dari resistor secara seri dengan beban, dan kapasitor secara paralel dengan beban. Beberapa percobaan menunjukkan komponen noise dapat dideteksi pada band-pass filter yang memiliki passband 32,5-37,5 Hz selama analisis spektrum frekuensi. Frekuensi cutoff,, fco, dari LPF diatur ke 20 Hz, dengan menggunakan rumus 1.75f??, = fpeak. Biasanya, kapasitor harus sangat kecil, misalnya 100 F.

F?? = 1/2???

Didapatkan R = 80.

Langkah 5: Komponen Desain GreenPAK

Dapat kita lihat dari Gambar 8 GreenPAK berisi komponen-komponen yang kita butuhkan yaitu modul ADC, dan Counter untuk waktu tunggu.

Pada bagian Modul ADC, gain PGA dapat dikurangi atau ditingkatkan sesuai kebutuhan. Gain PGA memiliki fungsi yang sama dengan resistor gain pada rangkaian SLG88104.

Data keluaran yang diperoleh oleh ADC, disusun sedemikian rupa dengan data kalibrasi pencacah dengan menambah atau mengurangi nilai data pencacah. Kita bisa mengaturnya sesuai dengan hardware yang telah kita buat dan bobot yang sesuai untuk menjadi output. Untuk demo ini kami mendapatkan dan mengatur nilai data penghitung 250 untuk 60 kg.

Penghitung waktu tunggu adalah CNT0. Data penghitung pada CNT0 akan menentukan berapa lama indikator suara akan menyala. Nilai ini dapat kita atur sesuai kebutuhan. Untuk demo ini kami menggunakan penghitung data 3125 selama 0,5 detik.

Kami menggunakan LUT0 untuk membandingkan dengan gerbang AND standar sehingga jika waktu yang tepat 0,5 s dan berat melebihi 60 kg, maka indikator Suara akan berbunyi.

Langkah 6: Hasil

Untuk simulasi ini kami melakukan dua tes. Pertama, kita coba untuk mengetahui pengaruh Gain Resistor terhadap input yang didapat nantinya untuk diolah dan mendapatkan nilai kalibrasi dari Gain Resistor yang paling sesuai dengan skala digital yang dibuat. Yang kedua adalah membuat desain menggunakan SLG46140 untuk dapat menyempurnakan gain yang ingin didapatkan. Setelah pengujian, kami mencari nilai resistor titik tertinggi untuk timbangan digital untuk memaksimalkan kemampuan rangkaian penguat yang dibuat dan kemampuan timbangan digital yang dikembangkan. Dengan perancangan ini didapatkan nilai gain resistor tertinggi sebesar ± 6,8 Ohm dan berat maksimum yang terukur adalah ± 60 Kg. Cukup rumit untuk mengatur nilai gain resistor karena desain juga sangat mempengaruhi gain resistor yang dibutuhkan. Untuk timbangan digital yang digunakan dalam contoh ini, sulit untuk melebihi 6,8 Ohm dalam upaya mencapai bobot yang lebih tinggi.

Selanjutnya dari pengujian kedua (menggunakan SLG46140 dan fitur-fiturnya), berat maksimum yang ingin diukur dapat diatur menggunakan modul PGA yang mengatur penguatan. Kami menguji dengan pengaturan penguatan x 0,25 dan indikator suara dipicu dengan berat >60 kg. Berdasarkan hasil di atas, secara fungsional kalibrasi timbangan digital berjalan dengan baik. Hal ini sangat membantu dalam pengaturan amplifier dibandingkan dengan perubahan hardware secara manual. Kami juga membandingkan ukuran dengan pengontrol yang dapat menyesuaikan kalibrasi penguatan amplifier dan memiliki fitur ADC juga. Keunggulan desain yang dihadirkan di sini antara lain ukuran fisik yang lebih kecil, kesederhanaan, konsumsi daya, harga, dan mudah disesuaikan.

Kesimpulan

Indikator kelebihan berat badan ini menggunakan SLG46140 adalah solusi ideal untuk indikator berat yang telah ditetapkan sebelumnya. Desain GreenPAK Semikonduktor Dialog di atas diselesaikan dengan menggunakan SLG88104. Biaya komparatif yang lebih rendah, area kecil, daya rendah, bersama dengan kemudahan pemrograman GreenPAK membuat ini menonjol dibandingkan dengan desain mikrokontroler. Jembatan Wheatstone, penguat diferensial, dan prinsip gain yang dapat disesuaikan telah didemonstrasikan. Contoh desain ini juga dapat diperluas ke aplikasi jembatan Wheatstone lainnya, karena sangat andal pada instrumentasi resistansi yang sangat rendah.